不同破坏形式加筋红土强度分析

从加筋土体的等效围压概念出发,根据加筋土体发生拉裂破坏和剪切破坏时筋材所发挥的作用不同,提出了两种破坏形式下考虑等效围压折减系数的等效围压表达式,并根据加筋土体的极限平衡条件,确定了加筋土体的强度参数,分析了不同排水条件对加筋土体强度参数的影响。结合临界围压,建立起加筋土体强度破坏标准。按照一般加筋土体的广义等效围压,给出了两种破坏形式下等效围压折减系数的确定方法,并用实例进行验证。     

修正Hoek-Brown准则的等效Mohr-Coulomb强度参数确定方法研究

合理确定岩石材料强度参数是工程设计的关键问题之一。为有效描述岩石的强度特性,众多学者提出了大量三维强度准则,其中基于两参数偏函数的修正Hoek-Brown(H-B)准则取得了良好效果,能够有效地反映岩石的静水压力效应、Lode角效应及中间主应力效应等强度特性。确定修正H-B准则的等效Mohr-Coulomb(M-C)参数有利于提高其在工程应用中的便利性,因此提出一种基于I_1-■平面计算三维强度准则瞬时等效M-C参数的方法,应用于修正H-B准则,并对计算方法的合理性及瞬时等效M-C参数与岩石强度特性的关系进行讨论。结果表明:瞬时等效M-C参数可有效表征非线性静水压力效应,且合理反映Lode角效应和中间主应力效应的区间性特点;瞬时等效M-C参数可有效表征静水压力对Lode角效应的影响和最小主应力对中间主应力效应的影响,静水压力增大时,Lode角效应更为明显,且当最小主应力增大时,瞬时等效内聚力反映出更为显著的中间主应力效应;该方法能够合理地计算瞬时等效M-C参数,修正H-B准则具有准确预测岩石强度的能力。上述成果对修正H-B准则在实际工程中的应用具有较强的指导意义。     

基于拼缝有效开度的盾构隧道渗流量及衬砌等效渗透系数计算

拼缝渗漏水是盾构隧道最常见的病害表现形式,对衬砌的服役性能有重要影响.在前人研究成果的基础上,提出基于防水密封垫失效的拼缝有效开度假定,进而推导出基于拼缝有效开度的盾构隧道渗流量及衬砌等效渗透系数的实用计算公式.以国内较为通用的常规断面盾构隧道为例,利用上述实用公式估算其渗流量,并与基于块体离散元的数值模拟结果相互验证...     

天然裂缝对页岩储层井周诱导缝形成扩展的影响

页岩储层物性极差,必须通过体积改造形成网状裂缝系统才能实现经济有效开发,掌握页岩地层中诱导裂缝延伸规律是成功实现缝网压裂的基础。借助基于细观损伤力学和弹性力学研发的岩石破裂分析系统RFPA2D,开展了页岩储层在水力压裂过程中的裂缝形成及延伸规律研究。在考虑到地层非均质的前提下,结合页岩本身的力学特性,分析了井周天然裂缝长度及密度对井周诱导缝形成及发展的影响。结果表明,井壁天然裂缝越长、密度越大,其开启可能越大,开启后伴生诱导缝发育程度越高。另外,对不同地应力差下天然裂缝长度影响开展的研究表明,低应力差下,即使天然裂缝较短,也会被打开,伴生诱导缝延伸具有较强的随机性,在天然裂缝长度较长的情况下,伴生诱导缝倾向于沿天然裂缝方向继续发展。     

微生物诱导碳酸盐沉积改善裂隙岩石防渗性能和强度的试验研究

微生物诱导碳酸盐沉积(MICP)技术主要利用微生物生命活动与环境反应形成的碳酸盐来修复岩土体。为了研究该技术改善含裂隙岩石防渗性能和强度的效果,利用巴氏芽孢杆菌开展了裂隙黄砂岩的修复试验,并对修复后的裂隙黄砂岩进行了无侧限抗压、核磁共振和电镜扫描(SEM)等测试,分析了巴氏芽孢杆菌对裂隙黄砂岩的修复效果和修复机制。研究表明:巴氏芽孢杆菌对裂隙黄砂岩具有较好的修复效果;修复时间越长,巴氏芽孢杆菌的修复效果越好。修复42d后,裂隙黄砂岩的孔隙率下降36.41%,防渗性能提升94.62%,抗压强度增加30.52%。巴氏芽孢杆菌具有较好修复效果原因在于,其诱导产生的碳酸钙能够胶结填充物与试样,大幅降低试样的孔隙率,改善其内部孔隙结构的均质性。     

泸定Ms6.8级地震大岗山拱坝横缝及阻尼器工作性态分析

横缝作为高拱坝强度的薄弱部位,在地震作用下的工作性态至关重要。泸定M_S6.8级(面波震级)地震中,大岗山拱坝坝顶顺河向峰值加速度PGA达到586.63cm/s²,坝址烈度达Ⅷ度,是唯一经历近场强震考验及设置阻尼器抗震措施的200 m级高拱坝。依据震后大坝横缝及阻尼器宏观现象和监测原观数据,对横缝及阻尼器工作性态进行了分析,结果表明地震过程中大坝横缝存在开合过程,震后部分横缝存在残余张开,开度增量在-0.05～0.43 mm之间,总体表现为下游侧略大于上游侧,左岸大于右岸,初步分析主要由于横缝高频开合导致灌浆材料部分剥离测缝计无法复位,拱坝仍处于弹性工作状态;拱坝坝顶3组阻尼器在地震前后两端位移增量在0.32～1.06mm之间,表现为拉伸,其中靠近拱冠梁的16~#横缝位移增量最大。结合测缝计监测成果初步分析,阻尼器在强震作用下对降低局部区域横缝开度有一定作用,在主震后的历次余震中阻尼器未见明显动作痕迹。相关成果可为震后大坝安全评估、高拱坝抗震设计及研究提供参考。     

岩石断裂韧度CCNSCB方法渐进破坏机制与无量纲应力强度因子宽范围标定

国际岩石力学学会建议了4种岩石I型断裂韧度（KIC）测试方法。将建议方法的人字形切槽巴西圆盘试样与直切槽半圆盘试样结合,可以得到具有诸多优点的人字形切槽半圆盘（CCNSCB）三点弯曲试样。近年来,CCNSCB方法受到许多关注,然而,其渐进破坏过程却尚未进行有效的评估。为此,对其进行了数值研究,其内容包括：进行细观损伤力学模拟,直观展现CCNSCB试样渐进断裂过程;考虑不同支撑跨距与直径之比（ ）的影响,发现 愈大,愈加符合测试原理,建议 取0.8;采用有限元子模型技术对CCNSCB方法（ 0.8）中计算KIC的关键参数-临界无量纲应力强度因子（ ）进行了宽范围标定,可供相关研究直接查取;细观损伤力学模拟峰值力对应的临界裂纹与有限元标定 对应的临界裂纹较为一致,证明CCNSCB方法测试原理的合理性,以及数值模拟与 标定结果的有效性。     

基于岩石“等效损伤”探究宏观断裂规律

岩石损伤几乎都是由多因素造成的耦合损伤。通过对试件进行SEM试验,并利用IPP数字图像处理软件分析各种损伤的裂纹共有演化规律,提出等效损伤理论。结果表明:①不同损伤裂隙都具有统计自相似性;②细观大缺陷重点发育现象是宏观应力集中的细观体现;③微裂纹宽度扩展速率远小于长度的扩展速率;④用耦合损伤试件加载破坏试验数据验证宏观断裂强度公式,表明:宏观尺度下"等效损伤"仍然成立,且可以解决耦合损伤引起的宏观断裂问题。     

不同水力割缝布置方式对卸压防突效果影响数值模拟

随着浅部煤炭资源逐渐枯竭,我国煤矿相继进入深部开采阶段,煤与瓦斯突出灾害愈趋严重,采用水力割缝技术对煤体卸压是煤与瓦斯突出防治的一种有效手段。以平顶山某煤矿深部突出煤层为例,进行了不同水力割缝布置方式对煤层卸压防突效果影响的数值模拟研究。计算了水力割缝切割煤体横向深度,建立了水力割缝三维有限元模型,数值模拟得到了三种水力割缝布置方式（平行、菱形、交错）对煤体X、Y向应力场影响变化规律。结果表明：交错排列的水力割缝布置方式导致应力降影响范围几乎覆盖整个煤层,X向、Y向应力降显著,应力降幅度分别为91.6%、97.8%,均大于其他两种布置方式。因此交错排列的水力割缝布置方式既可以满足卸压范围需要,同时也能够较好释放深部煤层应力,卸压防突效果较好。     

单轴压缩下多裂隙类岩石材料强度试验与数值分析

采用伺服控制单轴加载系统对预制多裂隙水泥砂浆试件进行加载试验,探索裂隙角度和分布密度对多裂隙类岩石材料断裂破坏强度的影响规律。对试验数据整理分析,应用FLAC3D建立应变软化模型,进行数值模拟。试验数据和数值分析结果表明,裂隙分布密度相同时,裂隙倾角对试件断裂破坏强度的影响比较显著,25°附近取得最小值;裂隙角度相同时,裂隙分布密度对试件断裂破坏强度的影响与裂隙倾角有关,角度较小时,影响比较显著,随着角度的增大,影响越来越弱。试验所得结论,对于预测地下工程中多裂隙情况下围岩强度变化规律提供了依据。     

不同充填度岩石分形节理抗剪强度的数值模拟

在对岩石节理进行分形模拟的基础上,建立了岩石分形充填节理直剪试验数值分析模型,采用数值模拟方法,研究了充填度与岩石分形充填节理抗剪强度之间的关系。结果表明,随着充填度的增大,分形节理抗剪强度总体上呈非线性减小。当充填度小于1时,随着充填度的增大,分形节理抗剪强度迅速减小,节理抗剪强度受节理表面形态、充填物力学性质以及壁岩力学性质的共同影响;当充填度大于1时,节理抗剪强度主要受充填物力学性质的控制,强度参数接近于节理充填物的强度参数。     

柱状节理坝基岩体三维各向异性数值分析

在分析柱状节理不连续性和各向异性的工程特性基础上,对某拱坝及坝基的柱状节理岩体进行三维数值模拟分析。考虑河谷初始地应力场和岩体各向异性力学性质,采用各向同性本构和各向异性弹塑性本构进行对比分析。计算表明,坝基柱状节理岩体各向异性特性对工程整体应力、变形的影响比较明显,采用各向异性弹塑性模型计算更能反映柱状节理的特殊性。其结果为该坝区岩体工程各向异性力学分析提供了示例。     

临近基坑既有建筑物地基的抗剪强度指标取值问题

基坑开挖不仅改变了半无限空间体边界条件,卸载时还会引起周围地层移动,导致既有建筑物地基承载力的附加损失。在临近基坑既有建筑物地基承载力计算中,其抗剪强度参数的选取有别于斜坡上地基计算参数的常规取值方法。通过探讨临近基坑既有建筑物地基抗剪强度指标的取值问题,建议以地基土的完全软化强度与残余抗剪强度的平均值作为临近基坑既有建筑物地基抗剪强度指标,并据此估算了临近基坑既有建筑物地基承载力。所得结果与斜坡上地基承载力的试验值和理论解对比分析后显示出其具有一定的合理性。所建议的抗剪强度指标取值方法,还有待于试验的进一步验证。     

等效岩体技术在断续双节理岩石试件破裂机制细观分析中的应用

采用等效岩体技术,将岩体中的岩块和节理分别用颗粒体模型和光滑节理模型描述,从细观角度开展了人工预制含两条断续节理岩石试件力学特性及破裂机制的研究。同时,结合室内试验研究成果,通过计算与试验结果的对比分析,验证了等效岩体技术在断续节理岩体力学特性研究中的适宜性和可靠性。主要研究结果如下：（1）随着断续节理产状的不同,虽可将宏观破裂划分为剪切模式、翼型张拉模式和混合模式等3种类型,但从细观角度看,颗粒间张拉型微破裂均是引起各类宏观破裂模式的主要诱因。（2）在试样达到抗压强度前,破裂声发射事件次数较少,强度均较低,主要孕育于断续节理尖端处,并沿两断续节理尖端的连线在岩桥区域累积贯通。（3）在试样达到抗压强度后,破裂声发射事件次数迅速增加,且破裂强度有所提高。（4）各类试样中,声发射事件累积数和破裂强度之间均近似满足Doseresp生长函数关系。     

基于统一强度理论的地基极限承载力公式

现有的地基临塑荷载及极限承载力公式均以Mohr-Coulomb强度理论为基础建立的,没有考虑中间主应力的效应,其计算结果一般偏小,没有充分发挥土体强度潜能。基于统一强度理论考虑中间主应力的影响,以Terzaghi公式的假设与原理为基础,导出地基极限承载力公式的一般形式,太沙基地基极限承载力公式是其特例。由于考虑中间主应力的影响,计算的地基承载力比太沙基地基极限承载力要大,可发挥土体的强度潜能,得到一系列的解答。     

注浆成型螺纹桩抗拔承载特性的数值分析

注浆成型螺纹桩为一种利用施工工艺创新,结合钻孔灌注和二次注浆技术的新型螺纹抗拔桩型,目前已在软土地区开展应用。为了对其受力承载特性深入研究,使该桩型得到广泛推广,通过数值分析方法对其抗拔性能和承载机制进行了三维有限元数值模拟。首先,通过数值模拟桩-土界面室内大型直剪试验得到了有限元分析需要的桩-土接触面参数,而后将得到的参数带入注浆成型螺纹桩抗拔三维有限元数值模型,通过计算得到了不同距径比S/D（即螺距与桩径的比值）螺纹桩的抗拔荷载-位移曲线和轴力分布,并观察了抗拔过程中桩周土体塑性变形的发展。数值分析表明,螺纹桩与桩周土体的机械咬合作用增大了桩侧摩阻力,从而使桩体极限抗拔承载力较等截面圆桩提高约2～5倍;同时,其承载能力与桩体的S/D有关,当S/D取最优时,荷载-位移曲线的初始切向刚度最大,极限承载力最高,桩周土体形成的连续拱形破坏区域最大。     

吸力强度修正对数模型在地基承载力中的应用

为准确反映非饱和土体中吸力对抗剪强度的影响规律,提出了吸力强度修正对数模型。与国内外试验结果相此,发现该模型在低吸力范围内与以往的模型有很好的同一性,而在高吸力范围内有着更大的优越性。该模型中各参数物理意义更为明确,与土-水特征曲线的特征值的关系更为紧密,通过引入参数b能更好地模拟具有不同特征残余值的土体。把该修正对数模型引入到地基承载力的分析中,发现饱和度对地基承载力的影响显著,吸力的存在能大大地提高承载力,并且饱和度越低,递增的速率也越大。     

防水措施对堤坝地震液化影响的数值分析

通过基于有效应力的完全耦合动力分析方法,研究了混凝土面板坝在地震作用下的动力响应,详细地讨论了堤坝迎水面斜坡上铺设的防水毯对堤坝地震液化的影响。计算中土体采用Cyclic mobility本构模型,该模型通过在修正剑桥模型上增加应力诱导各向异性、超固结和结构性的概念及其相关发展准则,可以很好地描述可液化土体的动力特性。计算结果表明防水毯的存在可以有效降低坝体的地下水位浸润线,增加坝基的初始有效应力,从而降低坝基地震液化发生的可能性,同时坝体的变形明显减小。     

砂岩试验强度与强度准则预测结果对比分析

对山西大同煤峪口矿巷道砂岩进行了巴西劈裂、单轴和常规三轴试验,分析了其变形和强度特性,以整体平方根误差最小为依据拟合确定了5种强度准则参数,比较各准则的整体拟合效果以及抗拉强度和抗压强度预测值与试验值之间的差异。结果表明：砂岩单轴和低围压下的脆性特征显著,随着围压增大屈服段明显增加,逐渐由脆性向延性转变;对试验数据的整体拟合效果,Mohr-Coulomb准则最不理想,指数强度准则最好,Hoek-Brown准则和Bieniawski准则相接近;对抗拉强度的预测,Mohr-Coulomb准则明显高估了砂岩的抗拉强度,不适合预测抗拉强度,指数强度准则最为理想,Bieniawski准则不能反映岩石抗拉特性;单轴和不同围压下砂岩强度,直线型Mohr-Coulomb准则偏离了大多数试验数据点,特别是高围压下偏离显著结果失真,Hoek-Brown准则和Bieniawski准则预测结果几乎一致,Sheorey准则高围压下预测结果稍有偏高,指数强度准则接近大多数试验数据,预测效果最佳。     

The shear strength of rock joints in theory and practice

SummaryThe Shear Strength of Rock Joints in Theory and Practice The paper describes an empirical law of friction for rock joints which can be used both for extrapolating and predicting shear strength data. The equation is based on three index parameters; the joint roughness coefficientJRC, the joint wall compressive strengthJCS, and the residual friction angle _r . All these index values can be measured in the laboratory. They can also be measured in the field. Index tests and subsequent shear box tests on more than 100 joint samples have demonstrated that _r can be estimated to within ± 1° for any one of the eight rock types investigated. The mean value of the peak shear strength angle (arctan/ _n ) for the same 100 joints was estimated to within 1/2°. The exceptionally close prediction of peak strength is made possible by performing self-weight (low stress) sliding tests on blocks with throughgoing joints. The total friction angle (arctan/ _n ) at which sliding occurs provides an estimate of the joint roughness coefficientJRC. The latter is constant over a range of effective normal stress of at least four orders of magnitude. However, it is found that bothJRC andJCS reduce with increasing joint length. Increasing the length of joint therefore reduces not only the peak shear strength, but also the peak dilation angle and the peak shear stiffness. These important scale effects can be predicted at a fraction of the cost of performing large scale in situ direct shear tests.With 20 Figures